Автоматизация для вертикального земледелия

Учёные из университета Вагенингена ищут возможности повышения эффективности вертикального земледелия

«В высотном здании, занимающем участок земли размером с футбольное поле, можно организовать теплицу, которая бы смогла ежедневно в течение года обеспечивать 250 граммами свежих овощей целых 100 тысяч человек. На таком производстве агрономы полностью контролируют все процессы и не зависят от погодных условий, температуры, освещённости и времени года. Кроме того, подобные многоэтажные теплицы можно возводить в любом месте, даже в неплодородных зонах — ​хоть в пустыне или на Марсе», — ​говорит Лео Марселис (Leo Marcelis), профессор Вагенингенского университета (Нидерланды).

По мнению учёных из Университета Вагенингена, изучающих возможности вертикального земледелия, такой способ производства овощей не решит проблему голода в мире, но поможет снабжать население большинства стран качественным овощами, выращенными без применения пестицидов.

«Вертикальное земледелие не решит проблему нехватки продовольствия. Оно не подходит для производства риса и других зерновых культур, зато хорошо справляется с производством полезных свежих овощей, богатых пищевыми волокнами и витамином С и выращенных без пестицидов или вредных микроорганизмов. Это делает вертикальное земледелие одним из способов решения глобальной продовольственной проблемы», — ​поясняет Лео Марселис.

Овощи в вертикальном земледелии обходятся гораздо меньшим количеством воды. «Мы можем повторно использовать всю воду и собирать большую часть влаги, испаряемой растениями. Для выращивания килограмма томатов в вертикальных теплицах понадобится всего 2–4 литра воды, тогда как стандартная нидерландская теплица расходует в среднем 17 литров. А на юге Европы при выращивании томатов в открытом грунте расход воды и вовсе может достигать 60 литров на продвинутых фермах и 200 литров — ​на обычных», — ​утверждает Лео Марселис.

В вертикальных фермах экономии воды удалось добиться за счёт сбора испаряемой растениями влаги. Кроме того, в замкнутых системах вертикального земледелия нитраты и фосфаты не уходят в почву, грунтовые воды или реки, как это происходит в открытом грунте. Таким образом фермеры могут экономить ещё и на удобрениях.

Нидерланды выделили Университету Вагенингена €5 млн на изучение вертикального земледелия. Сотрудники университета объясняют важность получения гранта тем, что Нидерланды экспортируют овощи во многие страны мира и считаются лидерам в тепличных технологиях, поэтому стране важно распространить технологические знания и на вертикальное земледелие, чтобы успешно конкурировать и в будущем.

Сейчас производство овощей в теплицах страны очень эффективно и гораздо дешевле по себестоимости, чем вертикальное земледелие. Однако во многих странах мира именно вертикальное земледелие считается единственной возможностью производить достаточное количество овощей в условиях дефицита земли. Так, упор на эту технологию делают в Сингапуре, Японии и некоторых странах Ближнего Востока, где просто нет площадей для выращивания овощей в открытом грунте, а климат слишком жаркий. В связи с этим Нидерландам стратегически важно развивать вертикальное земледелие, чтобы оставаться на передовой технологий защищённого грунта.

В Университете Вагенингена считают, что на вертикальных фермах не нужны пестициды. В таких помещениях можно поддерживать очень высокий уровень гигиены и не допускать проникновения насекомых и болезней в здание через сотрудников, вентиляционные системы, а также с материалами.

Из-за отсутствия необходимости обрабатывать растения пестицидами, их себестоимость снижается. А размещение ферм в городах позволяет экономить на транспортировке. Кроме того, это позволит снизить выброс CO2 от транспорта.

Овощи в вертикальных теплицах выращиваются на нескольких этажах без естественного освещения с использованием только светодиодных ламп, которые излучают пурпурный или ярко розовый свет. Полезно ли такое освещение для растений?

Растения будут здоровыми, если в помещении точно соблюдать все технологические условия. Это значит, что нужны качественные лампы с точной яркостью и выверенной длительностью освещения, правильно рассчитанное количество воды и подобранные температуры, а также подкормки.

При сложении всех этих компонентов качество получаемых овощей будет даже выше, чем в обычных теплицах, а срок годности — ​длиннее, уверены в университете.

Хотя светодиодные лампы и экономичны, четверть всех затрат при выращивании в защищённом грунте до сих пор приходится на электроэнергию. Именно этот аспект делает вертикальное земледелие очень затратным, поэтому любое сокращение потребления электроэнергии влечёт существенное снижение себестоимости продукции.

Решить проблему можно при помощи более эффективного использования света растениями. «Если вы можете достичь существенной экономии на этом, то инвестиции [в вертикальное земледелие] станут доступнее. Мы хотим гарантировать, что свет используется растениями более эффективно. Если мы можем оптимизировать температуру, влажность, концентрацию СО2, доступность воды и удобрений, а также подобрать оптимальную интенсивность и спектр света, то мы сможем производить гораздо больше на единицу освещённости», — ​констатирует Лео Марселис.

В практически стерильных условиях вертикальных ферм точного соблюдения всех параметров добиться проще, чем в обычных теплицах, поэтому учёные возлагают большие надежды на программное обеспечение для автоматического контроля среды, которое уже успешно применяется на практике.

Существующие сорта овощных культур проходят тестирование на выращивание в открытом грунте, парниках или теплицах, но не для использования в вертикальном земледелии. Учёные ожидают, что появление специальных сортов для этой отрасли овощеводства поможет существенно повысить урожайность. Однако эта задача относится к долгосрочным — ​понадобится не один год, чтобы решить её, ведь даже обычная селекция овощных культур занимает порой целых 10 лет.

Нидерландская организация научных исследований (NWO) предоставила Университету Вагенингена €5 млн на исследования в области вертикального земледелия. «Наша отрасль защищённого грунта, а также вертикального земледелия — ​ведущая в мире, и многие технологии и научные разработки Нидерланды экспортируют во все страны мира. Поэтому нам важно оставаться на передовой прогресса», — ​замечает Лео Марселис.

В Нидерландах выращивание в теплицах очень эффективно, а потому гораздо дешевле вертикального земледелия. Однако во многих странах мира слишком холодно зимой или слишком жарко летом, чтобы выращивать овощи круглый год. А порой просто недостаёт свободной земли, чтобы заниматься овощеводством, как, например, в Сингапуре.

По этой причине Сингапур, а также США, страны Ближнего Востока и Япония заинтересованы в вертикальном земледелии. «В Японии продовольственная безопасность стала очень важной сферой после аварии на Фукусиме, а вертикальное земледелие позволяет не занимать плодородные земли», — ​заключает Лео Марселис.